论高职虚拟仪器实验室的建设与管理

肖学玲

摘 要：本文分析了虚拟仪器在实验室中的优点，论述了高职院校虚拟实验室的建设、虚拟实验室该如何进行管理，并给出了应用示例，运用虚拟仪器构建的实验室为高职院校实验室建设与发展提供了一种新的模式。

关键词：虚拟仪器；实验室；建设；管理

0 引言

在信息时代，计算机技术与仪器技术相结合，形成了一种新概念仪器——虚拟仪器，它从根本上更新了仪器的概念，具有传统仪器无法比拟的优势。实验室反映时代的特征，时代的发展又推动实验室的发展，数字时代的到来使实验室走形变得虚拟化，促使其全方位的发生变化，呈现出虚拟仪器实验室。基于虚拟仪器的实验室，学生既可以在虚拟仪器上动手操作，又可自主设计实验，且不担心仪器的损坏，有利于培养学生的操作能力、分析诊断能力、设计能力和创新意识。在采用虚拟仪器构建的实验室中，学生更易获得相关的知识，科学的指导和敏捷的反馈。虚拟仪器实验室的到来将改变传统的实践教学模式，虚拟实验室是未来实验室建设的发展方向，也带来前所未有的发展空间。人们开始认识到虚拟实验室在教育领域的应用价值，它除了可以辅助高校的科研工作，在实验教学方面也具有如利用率高、易维护等等优点。

1 基于虚拟仪器实验室的相关概念及优点

在配有虚拟仪器的实验室可谓虚拟仪器实验室。而虚拟仪器是指具有虚拟仪器面板的PC机仪器。它由通用个人计算机、模块化功能硬件和相关控制软件组成。借助于数据采集卡，将实验数据采集到计算机内，利用虚拟仪器进行分析、测量，操作者通过友好的图形用户界面和图形化编程语言来对仪器的运行进行控制，从而实现对被测量信息的采集、分析、判断、显示、存储以及最后数据生成。

优点：虚拟仪器是根据测量原理采用适当的信号分析和处理技术编制某种测量功能的软件来实现测试的仪器，与传统的实验教学相比，利用虚拟仪器教学更好地融合了理论与实践相结合，使学生的软硬件技能同步提高；虚拟仪器软硬件上模块化的设计使学生在学习的方式上更加灵活，也较容易掌握。

2 虚拟仪器实验室的建设

2.1 虚拟仪器实验室的组成

虚拟仪器实验室由硬件和软件部件组成。从使用上讲：操作者可十分精准且快速的完成对被测量数据信息的采集、分析、判断、显示、存储及数据生成，而不需耗费大量时间去手动调整和计算。从构成上讲：虚拟仪器是计算机，加上相应硬件和相关专用软件，实现既有普通仪器所具备的基本功能，又有普通仪器做不到的更多特殊功能的高档低价现代化仪器，其功能多样，测量准确且易于实现。

2.2 虚拟仪器实验室的配置

以电子技术实验教学中的应用为例来配置电子类虚拟仪器实验室。该实验室不仅能实现普通仪器的全部功能且能实现在普通仪器上无法实现的一些特殊功能。

（1）普通计算机。

（2）虚拟仪器应用中的开发平台。该平台能提供图形化界面，使用图形化编程方式，提供大量的控件和仪器驱动程序，可直接使用。

（3）五合一虚拟仪器，虚拟电子仪器及其配套应用软件。该仪器可实现任意波形发生器、示波器、电压表、瞬态波形记录仪、频谱分析仪等五种仪器的功能。

（4）电子类实验室常用的万用表和直流稳压电源等等常用设备。

通过上面这些基本配置，教师可以将先进技术带入课堂，能对学生进行基础性的实验教学，也可进行设计性、综合性和开发性实验教学。老师和学生通过对各虚拟面板的操作即可完成所有的电子技术类实验。学生在动手操作过程中，也不会因一时误操作而损坏仪器，从而使学生大胆实验，大胆创新，也增强了学生自主学习的兴趣，促进学生动手能力和创新意识，还可减少实验数据测量中的造成人为误差，提高实际测量的精准度，增加单位时间内完成的实验项目，不但实验效率高且实验教学质量好。目前虚拟仪器的出现不但给仪器仪表和测试领域带来了深刻的变革，也给高职院校的工科类实验室建设注入了新活力。通过实践证明，进入虚拟仪器实验室教学比普通实验室教学效果要好很多。

2.3 建设虚拟仪器实验室的优势

与传统的实验室相比，虚拟仪器实验室优势很多，现从教学方面来考虑只说以下两大优势：

（1）大量减少建设实验室的资金投入。

计算机技术迅速发展的今天，数字信号处理技术进步很快，实现各种信号处理功能的软件算法精度变得越来越高，速度也是越来越快，而采用虚拟仪器建设的实验室能在一台计算机上就可以实现诸如示波器、函数发生器、电压表、频谱分析仪等仪器的功能，在实际操作中用软件算法替代传统的电子线路、实现传统仪器的各种信号处理功能乃至更多的特殊功能，而传统仪器购置费用高，维护费用也高，还需要耗费大量的人力物力，建设虚拟仪器实验室可大大节约购买各种设备的费用，故减少了建设实验室的资金投入。

（2）良好的人机界面，可操作性强，教学效果好。

对于利用计算机来管理仪器的虚拟仪器，根据实践项目的需要能重新定义各种常用设备，如需进行测量温度时虚拟仪器就是温度计，如需进行测量万用表实现的功能时，它可转变成万用表。在实际使用中不仅具有良好的人机界面，且操作性很强。学生在实验过程中可以随时对采集到的数据进行分析、处理、观察和分析实验结果，对操作不当之处能立马改正，同学们也愿意去动手动脑操作，从而提高了学生的实验兴趣，达到了实验教学的效果。

虚拟仪器实验室的开发具有众多优势，作为走在时代最前沿的教育工作者，应积极地把虚拟化技术运用到实验室开发中，把握时代脉搏，发挥虚拟仪器实验室在新时代教学和科研中的巨大作用。

3 虚拟仪器实验室的管理

3.1 定期对实验室进行维护和升级。

虚拟仪器是采用应用程序将PC机与相关硬件模块结合起来的一种新型的仪器系统，通过软、硬件的配合实现传统仪器的各种功能。它充分利用具有强大数据处理能力计算机系统，以特定的软件算法代替相应的电子线路。若市场出现新的教学仪器，而虚拟仪器当前不能实现其功能，则需操作者对现有仪器进行维护、扩展和升级，从而达到不需购置新设备却能满足教学所需。

3.2 开放式管理，扩大教学规模。

虚拟仪器实验室完全能实行开放式的管理，学生通过业余可进虚拟仪器实验室进行实验操作，指导老师通过计算机监控学生的实验过程。这种开放室管理方式既能使实验室资源充分利用，也能满足学生求知欲望；既大量节省了的购置设备费，也缓解了实验室的不足问题，无形中提高了实验室的利用率，也扩大了实践教学规模。从学校资财投入方面、教师管理方面、实验室的利用方面和学生学习方面来说都是完全有利的。

3.3 网络化的管理，用技术提升管理服务。

随着科技的发展，虚拟仪器可以通过计算机网络构成分布式测试系统，也能构建比较复杂的测试系统，还能进行过程监控及故障诊断。将虚拟仪器技术与Internet技术结合在远程教育中的运用，这种管理方式深受管理者和师生满意。

虚拟仪器技术结合多媒体、数字化校园网等计算机技术，实现现代化的教学手段。使用虚拟仪器技术进行实验教学能提高同学们实践动手的兴趣、勇于大胆创新能力、降低建设实验室成本且能达到很好的教学效果等颇多益处。伴着虚拟仪器的产生和发展，虚拟仪器实验室的使用价值不可估量。

参考文献：

[1] 朱磊，朱佳丹.浅谈职业院校虚拟仪器实验室的建设[J].硅谷.2010，（154）

[2] 秦树人，尹爱军，刘小峰.现代虚拟仪器[M].北京：机械工业出版社，2011.

[3] 王霄.虚拟仪器设计及其在教学中的应用[J].现代电子技术，2005，（8）

基金项目：本文系长江职业学院校级科研项目“基于虚拟仪器技术的实验教学改革研究”阶段性研究成果（项目编号：2012X002）。